第一讲 绪 论-2.pptVIP

第一章 绪 论 纳米尺度的定义 纳米科技的诞生 纳米技术与纳米材料的概念 纳米科学与技术的发展 1. 纳米尺度的定义 纳米，符号为nm，是1微米（μm）的千分之一，是人类肉眼不能分辨出来的很小的长度单位。 1纳米（nanometer）等于10-9米（十亿分之一）。 “nano-”是10-9意思。 10个H原子排列在一起的长度约为0.75纳米(nm)。 10个Ca2+离子排列在一起的长度约为1nm。 目前定义的纳米尺度，泛指0.1nm到100nm，亦即在1?~0.1 μm（10-10～10-7m）之间。（1nm＝10? ）。 人类探索世界的不同层次 2. 纳米科技的诞生 微观与宏观 人类对客观世界的认识是不断深入的。认识从直接用肉眼能看到的事物开始，然后不断深入，逐渐发展为两个层次：一是宏观领域，二是微观领域。这里的宏观领域是指以人的肉眼可见的物体为最小物体开始为下限，上至无限大的宇宙天体；这里的微观领域是以分子原子为最大起点，下限是无限小的领域。 微观—介观—宏观 然而，在宏观领域和微观领域之间，存在着一块近二十年来才引起人们极大兴趣和有待开拓的“处女地”。在这个不同于宏观和微观的所谓介观领域，由于三维尺寸都很细小，出现了许多奇异和崭新的物理性能。这个领域包括了从微米、亚微米，纳米到团簇尺寸（从几个到几百个原子以上尺寸）的范围。以相当于量子输运现象为主的介观物理应运而生，成为当今凝聚态物理学的热点。 从广义上讲，凡是出现量子相干现象的体系统称为介观体系，包括团簇、纳米体系和亚微米体系。但是，目前通常把亚微米级（0.1～1um）体系有关现象的研究，特别是电子输运现象的研究称为介观领域。这样，纳米体系和团簇就从这种“狭义”的介观范围独立出来。于是，我们就有了纳米体系。 纳米算盘： C60每10个一组，在铜表面形成世界上最小的算盘。 早在1959年，著名的物理学家、诺贝尔奖金获得者费曼曾预言：“毫无疑问，当我们得以对细微尺度的事物加以操纵的话，将大大扩充我们可能获得物理性质的范围” 。在这里，通常界定为1～100nm的范围的纳米体系是细微尺度的事物的主角。 IBM公司的首席科学家Armstrong在1991年曾经预言：“我相信纳米科技将在信息时代的下一阶段占中心地位，并发挥革命的作用”。 这些预言十分精辟地指出了纳米体系的地位和作用，有预见性地概括了从现在到下个世纪的材料科技发展的一个新的动向。这也就是纳米材料体系的吸引人之处，随着对纳米材料体系和各种超结构体系研究的开展和深入，他们的预言正在逐渐成为现实。 3. 纳米科技和纳米材料的概念 早在1959年，美国著名的物理学家，诺贝尔奖金获得者费曼就设想：“如果有朝一日人们能把百科全书存储在一个针尖大小的空间内并能移动原子，那么这将给科学带来什么！”这正是对纳米科技的预言，也就是人们常说的小尺寸大世界。 纳米科技的概念 纳米科学技术（Nano-ST）是20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技，它的基本涵义是在纳米尺寸（0.1nm～100nm)范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创制新的物质。 纳米科技是研究尺寸在0.1～100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。 纳米科技的前景是诱人的，其发展速度也令人吃惊。有关这方面的论文急剧增长。 1990年7月，在美国巴尔的摩召开了国际首届纳米科学技术会议。在会上，各国科学家们对纳米科技（主要包括：纳米电子学、纳米机械学、纳米生物学和纳米材料学）的前沿领域和发展趋势进行了讨论和展望，并决定出版三种杂志：《纳米结构材料》、《纳米生物学》、《纳米技术》。 到目前为止，有关纳米科技的国际会议、有关纳米材料的国际学术会议召开了多次。1996年在中国召开了第四届国际纳米科技学术会议，有关纳米材料的会议，每两年召开一次，首届纳米材料科技学术会议在墨西哥召开，1994年在德国斯图加特召开了第二届国际纳米材料学术会议。 纳米科技是21世纪科技产业革命的重要内容之一，是可以与产业革命想比拟的，它是高度交叉的综合性学科，包括物理、化学、生物学、材料科学和电子学。它不仅包含以观测、分析和研究为主线的基础学科，同时还有以纳米工程和加工学为主线的技术科学，所以纳米科学与技术也是一个融前沿科学和高技术于一体的完整体系。 纳米科技主要包括：1.纳米体系物理学；2.纳米化学；3.纳米材料学；4.纳米生物学；5.纳米电子学；6.纳米加工学；7.纳米力学。这7部分是相对独立的。扫描隧道显微镜（STM）在纳米科技中占有重要的地位，它贯穿到7个分支领域中。 纳米科技大厦 应当指出的是：由于电子学在人类的发展和生活中起了决定性的作用，因此在纳米科技的时代，纳米电子学也将继续对人类社会的发展起更